揭秘FPGA多重配置硬件電路設計方案

　　現代硬件設計規模逐漸增大，單個(gè)程序功能越來(lái)越復雜，當把多個(gè)功能復雜的程序集成到一個(gè)FPGA 上實(shí)現時(shí)，由于各個(gè)程序的數據通路及所占用的資源可能沖突，使得FPGA 控制模塊的結構臃腫，影響了整個(gè)系統工作效率。通過(guò)FPGA 的多重配置可以有效地精簡(jiǎn)控制結構的設計，同時(shí)可以用邏輯資源較少的FPGA 器件實(shí)現需要很大資源才能實(shí)現的程序。以Virtex5系列開(kāi)發(fā)板和配置存儲器SPI FLASH 為基礎，從硬件電路和軟件設計兩個(gè)方面對多重配置進(jìn)行分析，給出了多重配置實(shí)現的具體步驟，對實(shí)現復雜硬件設計工程有一定的參考價(jià)值。

　　當FPGA 完成上電自動(dòng)加載初始化的比特流后，可以通過(guò)觸發(fā)FPGA 內部的多重啟動(dòng)事件使得FPGA 從外部配置存儲器（SPI FLASH）指定的地址自動(dòng)下載一個(gè)新的比特流來(lái)重新配置。FPGA 的多重配置可以通過(guò)多種方式來(lái)實(shí)現。

　　電路原理：多重配置的硬件主要包括FPGA 板卡和貯存配置文件的FLASH 芯片。FPGA 選用XILINX 公司Virtex-5系列中的ML507，該產(chǎn)品針對FPGA 多重配置增加了專(zhuān)用的內部加載邏輯。FLASH 芯片選用XILINX 公司的SPI FLASH芯片M25P32，該芯片存貯空間為32 Mb，存貯文件的數量與文件大小以及所使用的FPGA 芯片有關(guān)。實(shí)現多重配置首先要將FPGA 和外部配置存儲器連接為從SPI FLASH 加載配置文件的模式。配置電路硬件連接框圖如圖1所示。在FPGA 配置模式中，M2，M1，M0為0，0，1，這種配置模式對應邊界掃描加上拉，FPGA 在這種模式下所有的I/O 只在配置期間有效。在配置完成后，不用的I/O 將被浮空M2，M1，M0 三個(gè)選擇開(kāi)關(guān)對應于ML507 開(kāi)發(fā)板上的SW3開(kāi)關(guān)中的4，5，6位，在FPGA 上電之前將上述開(kāi)關(guān)撥為0，0，1狀態(tài)。